DE4104882A1 - CAR RADIO WITH A CIRCUIT FOR THE ANALOG / DIGITAL CONVERSION OF AN INTERMEDIATE FREQUENCY SIGNAL - Google Patents

Abstract

In a car radio with a circuit arrangement for analog/digital conversion of an IF signal, a sigma-delta converter is timed with a clock frequency which is defined in such a way that an integral multiple and an adjacent half-integral multiple of the clock frequency encompass the frequency band of the IF signal. <IMAGE>

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung geht aus von einem Autoradio nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a car radio of the typeof the main claim.

Autoradios werden häufig wie auch andere mobile Funkempfänger unter schlechten Empfangsbedingungen betrieben. Neben einer wechselnden Feldstärke, die insbesondere unter Brücken und in Tunneln extrem geringe Werte annehmen kann, und Mehrwegeempfang beeinträchtigen elektro-magnetische Störfelder die Empfangsqualität. Zur Verarbeitung von gestörten Signalen werden in zunehmendem Maße digitale Schaltungen verwendet, wobei eine möglichst frühzeitige Analog/Digital-Wandlung der empfangenen Signale erwünscht ist, was wiederum Analog/Digital-Wandler für hohe Frequenzen erfordert.Car radios are often like other mobileRadio receiver under poor reception conditionsoperated. In addition to a changing field strength, theextremely low, especially under bridges and in tunnelsCan assume values and impair multi-path receptionelectro-magnetic interference fields the reception quality. ToProcessing of disturbed signals are increasingDimensions digital circuits used, one as possibleearly analog / digital conversion of the received signalsis desired, which in turn analogue / digital converter for highFrequencies required.

Zur Imwandlung eines Signals in ein digitales Signal werden dem Signal zu äquidistanten Zeitpunkten mit Hilfe eines Abtast-Halte-Gliedes Abtastwerte entnommen. Diese Abtastwerte werden anschließend in Zahlenwerte umgewandelt. Damit die entstehende Zahlenfolge ein kontinuierliches Signal ohne Informationsverlust darstellt, ist die Erfüllung des Abtasttheorems erforderlich, nach welchem die Abtastfrequenz mindestens doppelt so groß wie die höchste im Signal vorkommende Frequenz sein muß. Je höher diese Frequenz ist, desto kürzer ist diejenige Zeit, innerhalb der aus einem Abtastwert ein entsprechender Zahlenwert abgeleitet werden kann.To convert a signal into a digital signalthe signal at equidistant times using aSample and hold element of samples taken. TheseSamples are then converted to numerical values.So that the resulting sequence of numbers is a continuous one Representing a signal without loss of information is fulfillmentof the sampling theorem, according to which theSampling frequency at least twice the highest in theSignal occurring frequency must be. The higher thisFrequency, the shorter the time within whicha corresponding numerical value from a samplecan be derived.

Diese Forderung ist umso schwerer zu erfüllen, je höher die geforderte Genauigkeit der Analog/Digital-Wandlung ist. Daraus ergibt sich für Analog/Digital-Wandler für hohe Frequenzen ein hoher technischer Aufwand, der für Autoradios nicht tragbar ist. Außerdem ergibt sich bei den bekannten Analog/Digital-Wandlern eine Unsicherheit des Abtast-Zeitpunktes (Jitter), der zu Ungenauigkeiten des Ergebnisses führt.The higher the requirement, the more difficult it is to meetrequired accuracy of the analog / digital conversion is.This results in high for analog / digital convertersFrequencies involve a high level of technical effort that is required for car radiosis not portable. In addition, the knownAnalog / digital converters an uncertainty of theSampling time (jitter), which leads to inaccuracies of theResult.

Es sind ferner sogenannte Sigma-Delta-Wandler bekanntgeworden, welche einen 1-Bit-Datenstrom erzeugen, dessen logischer Pegel davon abhängig ist, ob das zu wandelnde Signal größer oder kleiner als ein aufgrund dieses Vergleichs gewonnenes und anschließend integriertes Signal ist. Diese Wandler sind in ihrem Aufbau sehr einfach, benötigen jedoch eine im Vergleich zur höchsten Signalfrequenz sehr hohe Abtastrate.They are also so-called sigma-delta convertershave become known which generate a 1-bit data stream,whose logical level depends on whether that is tooconverting signal larger or smaller than one due to thisComparison obtained and then integrated signalis. The construction of these converters is very simple,however need one compared to the highestSignal frequency very high sampling rate.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Autoradio die Analog/Digital-Wandlung eines Zwischenfrequenzsignals, dessen Frequenz üblicherweise recht hoch ist, mit geringem technischen Aufwand zu ermöglichen.The object of the present invention is in aCar radio the analog / digital conversion of aIntermediate frequency signal, the frequency of which is usually quite rightis high, with little technical effort.

Das erfindungsgemäße Autoradio mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß trotz der hohen Frequenz des Zwischenfrequenzsignals ein relativ einfach aufgebauter Sigma-Delta-Wandler verwendet werden kann. Außerdem zeichnet sich bei einem erfindungsgemäßen Autoradio die Schaltungsanordnung zur Analog/Digital-Wandlung durch einen geringen Einfluß von Zeitschwankungen des Abtastsignals aus.The car radio according to the invention with the characteristicFeatures of the main claim has the advantage that despite thehigh frequency of the intermediate frequency signal a relativesimply constructed sigma-delta converter can be usedcan. In addition, is characterized in an inventive Car radio the circuit arrangement forAnalog / digital conversion by a slight influence ofTime fluctuations of the scanning signal.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei der Analog/Digital-Wandlung eines Zwischenfrequenzsignals mit Hilfe eines Sigma-Delta-Wandlers eine Unterabtastung möglich ist, da das Zwischenfrequenzsignal eine geringe relative Bandbreite hat und die Abtastrate des Sigma-Delta-Wandlers lediglich größer als das doppelte der absoluten Bandbreite des Zwischenfrequenzsignals zu sein braucht.The invention is based on the knowledge that theAnalog / digital conversion of an intermediate frequency signal withUndersampling possible using a sigma-delta converteris because the intermediate frequency signal is a low relativeHas bandwidth and the sampling rate of the sigma-delta converteronly larger than twice the absolute bandwidthof the intermediate frequency signal needs to be.

Durch die erfindungsgemäße Anwendung des Sigma-Delta-Wandlers allein entsteht in der digitalen Ebene ein neues Zwischenfrequenzsignal, dessen Frequenz gegenüber dem ursprünglichen wesentlich herabgesetzt ist, und das mit weiteren an sich bekannten digitalen Schaltungen in einfacher Weise weiterverarbeitet werden kann.Through the application of the inventionSigma-delta converter alone is created on the digital levela new intermediate frequency signal whose frequency is oppositeis significantly reduced from the original, and that withfurther known digital circuits incan be processed easily.

Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel auf die Analog/Digital-Wandlung eines frequenzmodulierten Zwischenfrequenzsignals mit einem Träger von 10,7 MHz gerichtet ist, kann auch eine Anwendung auf andere Frequenzen und andere Modulationsarten vorteilhaft sein.Although a preferred embodiment is based on theAnalog / digital conversion of a frequency modulatedIntermediate frequency signal with a carrier of 10.7 MHzis directed to one application to anotherFrequencies and other types of modulation may be advantageous.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.By the measures listed in the subclaimsadvantageous developments and improvements inMain claim specified invention possible.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are in the drawingrepresented with several figures and in the followingDescription explained in more detail. It shows:

Fig. 1 verschiedene Frequenzspektren, die bei Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Autoradios auftreten,Fig. 1, different frequency spectra that occur in embodiments of the car radio according to the invention,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines an sich bekannten Sigma-Delta-Wandlers undFig. 2 is a block diagram of a known sigma-delta converter and

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Analog/Digital-Wandlung in einem erfindungsgemäßen Autoradio.Fig. 3 is a block diagram of a circuit arrangement for analog / digital conversion in a car radio according to the invention.

Fig. 1a zeigt das Spektrum des Zwischenfrequenzsignals und die Lage der Abtastfrequenz und deren Vielfachen im analogen Bereich, währendFig. 1b das Spektrum des Ausgangssignals des Sigma-Delta-Wandlers darstellt, wenn das Zwischenfrequenzband oberhalb eines ganzzahligen Vielfachen der Abtastfrequenz liegt. Die Zeitfunktion des Zwischenfrequenzsignals ist durch folgende Gleichung gegeben:Fig. 1a shows the spectrum of the intermediate frequency signal and the position of the sampling frequency and their multiples in the analog range, whileFig. 1b shows the spectrum of the output signal of the sigma-delta converter when the intermediate frequency band is above an integer multiple of the sampling frequency. The time function of the intermediate frequency signal is given by the following equation:

u(t) = a(t) · cos (2 πf₀ · t + Φ(t))u (t) = a (t) cos (2 πf₀t + Φ (t))

Dabei ist f₀ die Träger- bzw. Mittenfrequenz, a die Amplitude und Φ ein Phasenwinkel. Im Falle einer Amplitudenmodulation ist Φ(t) konstant, während bei einer Frequenzmodulation a(t) konstant ist.Here f₀ is the carrier or center frequency, a is the amplitudeand Φ a phase angle. In the case of amplitude modulationΦ (t) is constant, while with frequency modulation a (t)is constant.

Ist n·f_A<f₀<(n+1)·f_A, wobei in der Darstellung nachFig. 1a n=2 gewählt wurde, so gilt f₀/f_A=n+R. Die neue Zwischenfrequenz ist dann ₀=R·f_A. Für R<0,5 gilt 0<O<f_A/2, während f_A/2<₀<f_A für R<0,5 gilt. Im Digitalen entsteht also das SignalIf n · f_A <f₀ <(n + 1) · f_A , n = 2 being selected in the illustration according toFIG. 1a, then f₀ / f_A = n + R applies. The new intermediate frequency is then ₀ = R · f_A. For R <0.5, 0 <O <f_A / 2 applies, while f_A / 2 <₀ <f_A applies for R <0.5. So the signal is created in digital

u (k/f_A) = a (k/f_A) · cos (2 πk₀/f_A + Φ (k/f_A)) (k E N)u (k / f_A ) = a (k / f_A ) cos (2 πk₀ / f_A + Φ (k / f_A )) (k EN)

Fig. 1b zeigt ein solches Spektrum für den Fall, daß R<0,5 ist. Bei dem Beispiel eines Zwischenfrequenzsignals für den UKW-Empfang (f₀=10,7 MHz) und einer Abtastfrequenz von f_A=5 MHz ergibt sich ₀=0,7 MHz. Um Spektrallinien mit der Abtastfrequenz f_A und deren Vielfachen liegen entsprechende Seitenbänder.Fig. 1b shows such a spectrum for the case that R <0.5. The example of an intermediate frequency signal for FM reception (f₀ = 10.7 MHz) and a sampling frequency of f_A = 5 MHz gives ₀ = 0.7 MHz. Corresponding sidebands lie around spectral lines with the sampling frequency f_A and their multiples.

Für den Fall R < 0,5, der inFig. 1c und 1d dargestellt ist, gerät das Zwischenfrequenzsignal als unteres Seitenband der Abtastfrequenz in den Frequenzbereich zwischen f_A/2 und f_A.For the case R <0.5, which is shown inFIGS. 1c and 1d, the intermediate frequency signal, as the lower sideband of the sampling frequency, falls into the frequency range between f_A / 2 and f_A.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines an sich bekannten Sigma-Delta-Wandlers. Über einen Eingang1 wird das zu wandelnde Signal u(t) einer Subtraktionsschaltung2 zugeführt, deren Ausgang mit einem Integrator3 verbunden ist. An den Integrator schließt sich eine Schwellwertschaltung4 an, deren Ausgangssignal über einen steuerbaren Schalter5 dem Ausgang6 des Sigma-Delta-Wandlers zugeleitet wird. Außerdem wird das Ausgangssignal u(k/f_A) über einen Digital/Analog-Wandler7 mit einer Breite von einem Bit der Subtraktionsschaltung2 zugeführt. Der steuerbare Schalter wird mit der Abtastfrequenz f_A gesteuert, die an einen Eingang8 angelegt wird. Eine genauere Erläuterung der Funktionsweise des Sigma-Delta-Wandlers erübrigt sich, da dieser in der Literatur ausreichend beschrieben wurde, beispielsweise in Motorola APR8/D von 1990.Fig. 2 shows a block diagram of a known sigma-delta converter. Via an input1 , the signal u (t) to be converted is fed to a subtraction circuit2 , the output of which is connected to an integrator3 . The integrator is followed by a threshold circuit4 , the output signal of which is fed via a controllable switch5 to the output6 of the sigma-delta converter. In addition, the output signal u (k / f_A ) is supplied to the subtraction circuit2 via a digital / analog converter7 with a width of one bit. The controllable switch is controlled with the sampling frequency f_A , which is applied to an input8 . A more detailed explanation of the mode of operation of the sigma-delta converter is unnecessary, since it has been adequately described in the literature, for example in Motorola APR8 / D from 1990.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer an den Sigma-Delta-Wandler10 anschließenden Mischschaltung, die aus zwei Multiplizierern11,12 besteht, denen außer dem Ausgangssignal des Sigma-Delta-Wandlers Signale mit der Frequenz f₀ zugeführt werden, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind. An den Ausgängen13,14 stehen dann in das Basisband transformierte Signale zur Verfügung, die mit Hilfe eines nicht dargestellten einfachen Amplitudendemodulators demoduliert werden können.FIG. 3 shows an exemplary embodiment with a mixing circuit which adjoins the sigma-delta converter10 and which consists of two multipliers11 ,12 , which, in addition to the output signal of the sigma-delta converter, are supplied with signals with the frequency f₀ , which are mutually opposite Are 90 ° out of phase. Signals transformed into the baseband are then available at the outputs13 ,14 and can be demodulated with the aid of a simple amplitude demodulator (not shown).

Außer der inFig. 3 dargestellten Demodulation kann der 1-Bit-Datenstrom vielseitig verarbeitet werden. So kann beispielsweise zunächst nach einer Dezimationsfilterung und einer Abtastratenreduktion zur Erhöhung der Genauigkeit anschließend eine Demodulation erfolgen. Es kann jedoch auch zuerst ein Abmischen ins Basisband wie beiFig. 3 und anschließend eine Dezimation erfolgen oder eine sofortige Demodulation und anschließend eine Dezimation. Als Demodulatorstruktur ist der sogenannte CORDIC-Algorithmus vorteilhaft, da mit ihm sowohl Phase als auch Amplitude errechnet werden und somit für frequenzmodulierte und amplitudenmodulierte Zwischenfrequenzsignale eine gleichartige Demodulatoreinheit einsetzbar ist.In addition to the demodulation shown inFIG. 3, the 1-bit data stream can be processed in a variety of ways. For example, after a decimation filtering and a sampling rate reduction to increase the accuracy, demodulation can then take place. However, it can also first be mixed into the baseband as inFIG. 3 and then decimated, or immediately demodulated and then decimated. The so-called CORDIC algorithm is advantageous as a demodulator structure, since it is used to calculate both phase and amplitude, and therefore a similar demodulator unit can be used for frequency-modulated and amplitude-modulated intermediate frequency signals.

Claims (6)

Translated fromGerman

1. Autoradio mit einer Schaltungsanordnung zur Analog/Digital-Wandlung eines Zwischenfrequenzsignals,dadurch gekennzeichnet, daß ein Sigma-Delta-Wandler (10) mit einer Taktfrequenz getaktet wird, die derart bemessen ist, daß ein ganzzahliges Vielfaches und ein benachbartes halbzahliges Vielfaches der Taktfrequenz das Frequenzband des Zwischenfrequenzsignals einschließen.1. Car radio with a circuit arrangement for analog / digital conversion of an intermediate frequency signal,characterized in that a sigma-delta converter (10 ) is clocked at a clock frequency which is dimensioned such that an integer multiple and an adjacent half-number multiple of the clock frequency include the frequency band of the intermediate frequency signal.2. Autoradio nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zwischenfrequenz von 10,7 MHz die Taktfrequenz etwa 5 MHz beträgt.2. Car radio according to claim 1, characterized in thatthe clock frequency at an intermediate frequency of 10.7 MHzis about 5 MHz.3. Autoradio nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Sigma-Delta-Wandlers (10) mit einer Mischschaltung (11,12) verbunden ist, der ein Signal mit der Mittenfrequenz des Zwischenfrequenzsignals zuführbar ist.3. Car radio according to claim 1, characterized in that the output of the sigma-delta converter (10 ) is connected to a mixing circuit (11 ,12 ) which can be supplied with a signal at the center frequency of the intermediate frequency signal.4. Autoradio nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Sigma-Delta-Wandlers (10) direkt als 1-Bit-Signal der Mischschaltung (11,12) zuführbar ist.4. Car radio according to claim 3, characterized in that the output signal of the sigma-delta converter (10 ) can be fed directly as a 1-bit signal to the mixing circuit (11 ,12 ).5. Autoradio nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Sigma-Delta-Wandlers zunächst in ein mehrere Bit breites digitales Signal umgewandelt und danach der Mischschaltung zugeführt wird.5. Car radio according to claim 3, characterized in thatthe output signal of the sigma-delta converter first inmulti-bit wide digital signal and then convertedis fed to the mixing circuit.6. Autoradio nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischschaltung von zwei Multiplizierern (11,12) gebildet ist, welchen außer dem Ausgangssignal des Sigma-Delta-Wandlers (10) die Mittenfrequenz mit einer um 90° gegeneinander verschobenen Phasenlage zugeführt wird.6. Car radio according to claim 3, characterized in that the mixing circuit is formed by two multipliers (11 ,12 ) which, in addition to the output signal of the sigma-delta converter (10 ), the center frequency is supplied with a phase position shifted by 90 ° relative to one another.